本發(fā)明屬于射頻無源器件設計領域，具體涉及一種基于貼片加載技術的小型化寬帶支線耦合器。

背景技術：

支線耦合器在微波集成電路中有廣泛的應用，尤其是功率等分的3db耦合器，不僅制作容易，而且它的輸出端口位于同一側，結構上易于同半導體器件結合，構成如功率增益控制器、平衡混頻器、平衡放大器、移相器和開關等集成電路。

然而，該耦合器的支線長度有四分之一波長的要求，導致其工作帶寬只有10％～20％。拓展分支線耦合器帶寬主要有以下兩種方式：采用多節(jié)級聯(lián)，分支線耦合器的帶寬可以增大十幾倍或更大，然而在工程應用中，一般寬帶支節(jié)耦合器最多采用三支節(jié)；將四分之一波長開路耦合線引入耦合器的饋線端以實現(xiàn)寬帶特性，目前只針對雙支節(jié)耦合器進行相關優(yōu)化設計，而且尺寸較大，設計不夠靈活。另外，耦合器的支線和主線t型交接處存在不連續(xù)的電納，導致耦合器的中心頻率發(fā)生偏移，匹配性能變差，影響了支線耦合器的參數(shù)和性能。因此，設計支線耦合器時，t型接頭也是需要考慮的關鍵因素。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于貼片加載技術的小型化寬帶支線耦合器，克服或減輕現(xiàn)有技術的至少一個上述缺陷。

本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)：一種基于貼片加載技術的小型化寬帶支線耦合器，包括雙層金屬介質板、以及多個位于雙層金屬介質板兩側的饋線，雙層金屬介質板背面為金屬層以構成正面?zhèn)鬏斁€的參考地；雙層金屬介質板正面金屬層圖案包括矩形微帶饋線、支線耦合器主路傳輸線、長方形微帶貼片、直角三角形微帶貼片、支線耦合器支路傳輸線，支線耦合器主路傳輸線為相互平行設置的兩條微帶線，在每一支線耦合器主路傳輸線兩端均延長設置有矩形微帶饋線，兩支線耦合器主路傳輸線之間至少垂直連接兩條支線耦合器支路傳輸線，在每一條支線耦合器支路傳輸線的至少一側上均對稱設置有一對直角三角形微帶貼片以起到漸變傳輸?shù)男Ч挥趦上噜徶Ь€耦合器支路傳輸線之間的兩支線耦合器主路傳輸線的相對一側各設置一個長方形微帶貼片。

優(yōu)選地是，所述支線耦合器主路傳輸線寬于兩端的所述矩形微帶饋線。

優(yōu)選地是，所述支線耦合器支路傳輸線為三條，包括兩條第一支線耦合器支路傳輸線，以為位于兩第一支線耦合器支路傳輸線之間的第二支線耦合器支路傳輸線，其中第二支線耦合器支路傳輸線的寬度大于第二支線耦合器支路傳輸線。

優(yōu)選地是，所述直角三角形微帶貼片包括第一直角三角形微帶貼片和第二直角三角形微帶貼片，第一直角三角形微帶貼片一直角邊等于第二直角三角形微帶貼片一直角邊，第一直角三角形微帶貼片另一直角邊長于第二直角三角形微帶貼片另一直角邊。

優(yōu)選地是，所述第二支線耦合器支路傳輸線兩側均設置有所述第一直角三角形微帶貼片，其中該第一直角三角形微帶貼片的兩直角邊分別與所述支線耦合器主路傳輸線、所述第二支線耦合器支路傳輸線相連。

優(yōu)選地是，兩所述第一支線耦合器支路傳輸線靠近所述第二支線耦合器支路傳輸線的一側設置有所述第二直角三角形微帶貼片。

本發(fā)明所提供的一種基于貼片加載技術的小型化寬帶支線耦合器的有益效果在于，1)相比于傳統(tǒng)的三支節(jié)寬帶耦合器，本發(fā)明通過在主傳輸支節(jié)貼片加載，減小了主傳輸支節(jié)的尺寸，尺寸縮減了12.5％；2)相比于傳統(tǒng)的三支節(jié)寬帶耦合器，本發(fā)明通過支節(jié)結點的梯形線貼片加載，優(yōu)化了傳輸線結點的不連續(xù)性，有效拓展了帶寬，帶寬拓展了12.5％。同時本發(fā)明結構形式易于實現(xiàn)，對工藝無特殊要求，可適合于各種工程應用場合，比如功率增益控制器、平衡混頻器、平衡放大器、移相器和開關等集成電路的設計應用場合，比如收發(fā)隔離使用場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中微帶傳輸線模型示意圖；

圖2為本發(fā)明中加載型微帶傳輸線模型示意圖；

圖3為本發(fā)明中微帶傳輸線s(2,1)相位曲線圖；

圖4為本發(fā)明中加載線長0.2mm時加載型微帶傳輸線s(2,1)相位曲線圖；

圖5為本發(fā)明中加載線長0.6mm時加載型微帶傳輸線s(2,1)相位曲線圖；

圖6為本發(fā)明中加載線長1mm時加載型微帶傳輸線s(2,1)相位曲線圖；

圖7為本發(fā)明中雙層金屬介質板的正面示意圖；

圖8為本發(fā)明中雙層金屬介質板的反面示意圖；

附圖標記：

1-矩形微帶饋線、2-支線耦合器主路傳輸線、3-長方形微帶貼片、4-第一直角三角形微帶貼片、5-第一支線耦合器支路傳輸線、6-第二直角三角形微帶貼片、7-第二支線耦合器支路傳輸線。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面結合附圖對本發(fā)明的基于貼片加載技術的小型化寬帶支線耦合器做進一步詳細說明。

本發(fā)明是在傳統(tǒng)三支節(jié)耦合器設計理論基礎上，采用主傳輸線的貼片加載技術達到縮減耦合器尺寸，拓展工作帶寬的目的，以及采用枝節(jié)結點的貼片加載漸變線技術達到調節(jié)匹配增加帶寬的目的。

主傳輸線的貼片加載技術方案說明：在三支節(jié)耦合器主傳輸線上加載終端開路貼片，該貼片的長度小于四分之一波長，則等效于并聯(lián)電容到地，電容值夠小時，相當于增加了阻抗虛部，拓展了傳輸線電長度。在主傳輸線電長度固定的前提下，加載該終端開路線可縮減主傳輸線長度。

下面對傳輸線加載終端開路貼片進行了仿真分析驗證，微帶板基材選用rogers4350，0.508mm厚。微帶傳輸線線寬1.15mm，長度為4.3mm。傳輸線中間位置加載終端開路線，加載線線寬0.6mm，微帶傳輸線及加載型微帶傳輸線仿真模型如下圖1、圖2所示。仿真微帶傳輸線s參數(shù)，s(2,1)相位曲線如圖3所示，工作頻率為10ghz時，兩端口傳輸相位值為87.351°。終端開路線長0.2mm、0.6mm、1mm三種情況仿真結果如下圖4至圖6所示，工作頻率為10ghz時，兩端口傳輸相位值分別為88.153°、90.71°、93.573°。仿真結果表明，當傳輸線長度一致時，加載型傳輸線的電長度比未加載的傳輸線長。因此，該縮減傳輸線尺寸的技術方案可應用于支節(jié)耦合器的小型化設計。

枝節(jié)結點的貼片加載漸變線技術方案說明：枝節(jié)結點借用漸變線的結構形式，把t型接頭直角通過加載貼片修正為銳角，這使結點的阻抗變換變長，可以降低支節(jié)耦合器主線和支線結點的不連續(xù)的電納對耦合器性能的影響，增加支線耦合器工作帶寬。

將上述兩種技術方案應用到支線耦合器設計，提出本發(fā)明的基于貼片加載技術的小型化寬帶支線耦合器，如圖7和圖8所示。

一種基于貼片加載技術的小型化寬帶支線耦合器，包括雙層金屬介質板、以及多個位于雙層金屬介質板兩側的饋線。如圖8所示，雙層金屬介質板背面為金屬層以構成正面?zhèn)鬏斁€的參考地。如圖7所示，雙層金屬介質板正面金屬層圖案包括矩形微帶饋線1、支線耦合器主路傳輸線2、長方形微帶貼片3、直角三角形微帶貼片、支線耦合器支路傳輸線。

雙層金屬介質板正面中的矩形微帶饋線1與雙層金屬介質板背面共同組成500hm微帶線。支線耦合器主路傳輸線2為相互平行設置的兩條微帶線，在每一支線耦合器主路傳輸線2兩端均延長設置有矩形微帶饋線1，并且該支線耦合器主路傳輸線2選擇寬于兩端的矩形微帶饋線1。

兩支線耦合器主路傳輸線2之間至少垂直連接兩條支線耦合器支路傳輸線，本實施例中的支線耦合器支路傳輸線選擇為三條，包括兩條第一支線耦合器支路傳輸線5，以為位于兩第一支線耦合器支路傳輸線5之間的第二支線耦合器支路傳輸線7，其中第二支線耦合器支路傳輸線7的寬度選擇大于第二支線耦合器支路傳輸線7。

在每一條支線耦合器支路傳輸線的至少一側上均對稱設置有一對直角三角形微帶貼片以起到漸變傳輸?shù)男Ч?，該直角三角形微帶貼片包括第一直角三角形微帶貼片4和第二直角三角形微帶貼片6兩種形式，其中，第一直角三角形微帶貼片4一直角邊等于第二直角三角形微帶貼片6一直角邊，第一直角三角形微帶貼片4另一直角邊長于第二直角三角形微帶貼片6另一直角邊。第二支線耦合器支路傳輸線7兩側均選擇設置第一直角三角形微帶貼片4，并且該第一直角三角形微帶貼片4的兩直角邊分別與支線耦合器主路傳輸線2、第二支線耦合器支路傳輸線7相連，以起到構成支線耦合器主路傳輸線2和第二支線耦合器支路傳輸線7枝節(jié)結點的漸變處理目的。而兩第一支線耦合器支路傳輸線5僅選擇在靠近第二支線耦合器支路傳輸線7的一側設置有第二直角三角形微帶貼片6，其兩直角邊分別與支線耦合器主路傳輸線2、第一支線耦合器支路傳輸線5相連，以起到構成支線耦合器主路傳輸線2和第一支線耦合器支路傳輸線5枝節(jié)結點的漸變處理目的。

位于兩相鄰支線耦合器支路傳輸線之間的兩支線耦合器主路傳輸線2的相對一側各設置一個長方形微帶貼片3，以形成支線耦合器主路傳輸線2的加載結構。由于本實施例中的支線耦合器支路傳輸線采用三條，即在兩支線耦合器主路傳輸線2相對一側且位于第一支線耦合器支路傳輸線5與第二支線耦合器支路傳輸線7之間的位置各設置一處長方形微帶貼片3。

下面列舉一實例，雙層金屬介質板采用rogers4350板材，雙層金屬介質板長度為14.76mm，寬度為10.36mm，雙層金屬介質板厚度為0.508mm。矩形微帶饋線1長3.05mm，寬1.29mm；支線耦合器主路傳輸線2長8.77mm，寬1.74mm；第一支線耦合器支路傳輸線5長4.86mm，寬0.32mm；第二支線耦合器支路傳輸線7長4.86mm，寬0.96mm；第二直角三角形微帶貼片6與第一支線耦合器支路傳輸線5相連的直角邊長1.98mm，與支線耦合器主路傳輸線2相連的直角邊長0.12mm；第一直角三角形微帶貼片4與第二支線耦合器支路傳輸線7相連的直角邊長1.98mm，與支線耦合器主路傳輸線2相連的直角邊長0.45mm；長方形微帶貼片3與支線耦合器主路傳輸線2相連的邊長0.45mm，另一邊長0.54mm；雙層金屬介質板背面8鋪滿整個背面。

將該發(fā)明與傳統(tǒng)型三支線耦合器分別進行實測，實測值詳見表1。

表1兩種耦合器實測結果

實測結果表明，相比于傳統(tǒng)型耦合器，其帶寬拓展了12.5％，尺寸縮減了12.5％。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。